Giai đoạn phóng điện tiên đạo: phóng điện giữa các đám mây với đất được bắt đầu từ sự xuất hiện một dòng sáng phát triển xuống đất, chuyển
động từng đợt với tốc độ 100 - 1000 km/s, dòng này mang phần lớn điện
tích của đám mây tạo nên đầu cực của nó một điện thế rất cao hàng triệu
vôn.
Giai đoạn phóng điện chủ yếu: khi dòng điện tiên đạo vừa mới phát triển đến đất hay các vật dẫn điện nối với đất, các điện tích dương của đất di
chuyển có hướng từ đất theo dòng tiên đạo với tốc độ lớn: 6.104
- 6.105
km/s chạy lên và trung hoà với điện âm của dòng điện tiên đạo.
Sự phóng điện chủ yếu được đặc trưng bởi dòng điện lớn qua chỗ sét đánh gọi là dòng điện sét và sự loé sáng của dòng phóng điện. Sự phóng điện
chủ yếu được đặc trưng bởi dòng điện qua chỗ sét đánh gọi là dòng điện
Không khí trong dòng phóng điện được nung nóng đến nhiệt độ khoảng
10.0000C và giãn nở rất nhanh tạo thành sóng âm thanh. Thông thường
phóng điện sét gồm một loạt phóng điện kế tiếp nhau của đám mây.
Giai đoạn kết thúc phóng điện sét: kết thúc sự di chuyển các điện tích của mây mà từ đó bắt đầu phóng điện và sự loé sáng của sét dần dần biến mất
không còn nữa.
3.6.3. Các con đường sét đánh và các trường hợp bị sét đánh.
a. Các con đường sét đánh.
Có khá nhiều cách khác nhau để một tia sét có thể gây hại cho chúng ta. Về cơ bản, tia sét có thể đánh ta bằng 5 cách sau:
- Sét đánh thẳng: Tức là sét đánh trực tiếp từ đám mây xuống đến vị trí của nạn
nhân. Đây là con đường ngắn nhất, nguy hiểm nhất và gây ra nhiều tổn thương nhất cho người bị sét đánh trúng. Theo thống kê thì cứ 10 người bị sét đánh thẳng thì 8 người thiệt mạng.
Hình 3.14. Hiện tượng sét đánh
- Sét đánh tạt ngang: Khi nạn nhân đứng cạnh một vật bị sét đánh, sét có thể
phóng qua khoảng cách không khí và gây tổn thương cho người đứng sát vật đó.
- Sét đánh do tiếp xúc: Một vật bị sét đánh có thể lưu lại dòng điện cực mạnh trong nó một thời gian rồi mới mất hết. Nếu không biết mà tiếp xúc trực tiếp với
vật bị sét đánh đó ngay thì có thểcũng có thể bị thương.
- Điện thế bước: Sét có thể lan truyền trên mặt đất và mình sẽ bị thương nếu
- Sét đánh qua đường dây cáp: Mình có ngờ những vật dụng như điện thoại cố
định, ti vi, ổ cắm... cũng là con đường lan truyền rất tốt của sét. Và đương nhiên,
nếu mình tiếp xúc với các vật dụng này thì sẽ bị sét đánh trúng. b. Những trường hợp sét đánh dễ nhất.
Lang thang ởnơirộng rãi, quang đãng khi trờiđổmưa
Như đã nêu trên, sét xuất hiện ngay cả trước, trong và thậm chí sau cơn
mưa.
Những nơi có đất rộng rãi, quang đãng như cánh đồng, sân golf, hay bãi
đỗ xe đều là địa điểm yêu thích của những tia sét. Bởi lẽ lúc này, mình sẽ vô tình
là "vật thể" cao nhất ở khu vực đó.
Hình 3.15. Sét đánh nơi rỗng rãi, trời mưa
Khi mặt đất nhận được cảm ứng phát sinh dòng điện từ đám mây dông, trên những vật thể cao chót vót sẽ tập trung tương đối nhiều điện tích cảm ứng, có khả năng hút sóng điện mạnh, vì thế nó hút tia điện một cách dễ dàng.
Bên cạnh đó, đứng trú dưới bóng cây to cũng không phải là lựa chọn tốt.
Bởi theo nguyên lý như trên, chiếc cây cao có thể hút tia điện và gây hại cho
mình.
Cầm ô hay đứnggần các vậtliệu kim loại
Sét là một dòng điện cực mạnh và kim loại lại dẫn điện rất tốt. Dòng điện này có cường độ từ vài chục nghìn tới hơn một trăm triệu vol. Khi phóng tia lửa điện, nhiệt độ tia lửa điện do sét gây ra có thể lên tới hàng nghìn độ C. Tốt nhất hãy tránh xa những vật dụng như xe đạp, xe máy, hàng rào sắt, cuốc, liềm… vì chúng dẫn điện rất tốt.
Hình 3.16. Cầm ô hay đứng gần kim loại
Ngoài ra, cầm ô cũng được coi là một "cột thu sét" do chứa kim loại. Do
đó, khi trời mưa có sấm sét, tốt nhất đừng nên cầm ô ra đường.
Đibơi ở sông, suối, hay bể bơi
Giốngnhư kim loại,nước cũng là chấtdẫn điện cực tốt.Nếu không muốn
mình cháy đen thui thì đừng nên đi bơithời điểmmưa giông, sấm sét.
Đứnggần cửasổ,cửa ra vào hay nằm trên mặt đất
Mình nghĩ hoàn toàn an toàn khi ở trong nhà, nên thỏa sức ra cửa sổ ngắm? Nhưng sự thật là, việc đứng gần cửa sổ, cửa ra vào cũng không thật an
toàn.
Chưa hết, tuyệt đối không được nằm duỗi thẳng trên mặt đất, vì phải hạn chế tối đa sự tiếp xúc với mặt đất để giảm lượng điện tích truyền xuống đất qua cơ thể.
Đitắm, xem ti vi, sửdụng điện thoại
Cần lưu ý rằng, khi trời giông sét sử dụng điện thoại cố định có dây sẽ rất nguy hiểm. Sét có thể thâm nhập vào đường điện, cáp điện thoại và lan truyền khoảng cách xa. Tốt nhất, hãy ngắt nguồn điện và rút dây cắm, dây sạc của các
Hình 3.17. Sét đánhdo nguồn điện khi rút c. Các biện pháp phòng tránh sét.
- Khi thấy chuyển mưa, những người làm việc ngoài trời cần nhanh chóng
về nhà hoặc vào trú ẩn ở các lán trại. Nếu không sơ tán kịp thì phải tránh xa các vật dụng kim loại như cày bừa, cuốc xẻng, máy bơm nước, xe máy, xe đạp...
- Đặc biệt lưu ý không tránh mưa dưới các gốc cây to, nhất là những cây
cao đơn độc trong vùng trống trải. Khi tia sét bắt vào cây, dòng điện mạnh có thể truyền sang bất cứ một vật nào dẫn điện, hoặc truyền xuống gốc cây tỏa ra trên mặt đất gây tai nạn cho những người trú ẩn dưới gốc cây.
- Không đứng, ngồi cạnh cột điện, hoặc đường dây tải điện, vì đây cũng là
những nơi dễ bị sét đánh. Mặt khác, trong cơn giông thường có gió mạnh có thể làm gãy đổ trụ điện hoặc đứt đường dây điện nên rất nguy hiểm.
Hình 3.18. Khi xảy ra mưa giông nên tránh xa gốc cây, cột điện
- Không nên trú mưa gần các lò đang nhả khói, vì khói là chất dẫn điện tốt
đang tắm dưới nước, gặp cơn giông cần lên bờ ngay, vì dòng điện sét có thể truyền trong nước, gây nguy hiểm.
- Những nhà ở nông thôn và ngoại vi thành phố khi thấy mưa giông cần
đóng hết các cửa ra vào và cửa sổ để hạn chế gió lùa mang hơi ẩm có thể kéo theo sét vào nhà. Nên ngồi một chỗ để hai chân lên giường. Nếu cần đi lại, phải mang guốc dép khô. Tạm ngừng xem tivi, tháo dây điện ra khỏi ổ cắm, tháo dây
ăng ten ra khỏi tivi... để phòng dòng xung điện của sét có thể gây hỏng đồ vật,
đe dọa tính mạng người.
- Ở những vùng nông thôn, đồi núi, biện pháp phòng chống sét lâu dài là
trồng nhiều cây xanh. Thực tế cho thấy khi trồng nhiều cây xanh phủ trên diện tích rộng, số lần sét đánh giảm hẳn. Tuy nhiên, không được để cho cây quá cao nằm sát nhà. Nếu có điều kiện thì nên xây dựng các cột thu lôi chống sét, nhưng cần bảo đảm đúng kỹ thuật.
3.7. Các thông số của sét và tác hại của dòng điện sét. 3.7.1. Các thông số của sét.
Thông số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Dòng điện sét ghi được trên máy hiện sóng cực nhanh, có dạng sóng xung kích có dạng đường
cong trong phần đầu thời gian khoảng vài s lúc này dòng điện tăng nhanh đến
trị số cực đại (Imax) tạo thành phần đầu sóng (giai đoạn phóng điện ngược), phần
sau giảm chậm từ 20-100s tạo nên phần đuôi sóng (giai đoạn chuyển số điện
tích từ dư từ mây xuống đất).
Trị số dòng điện sét có phạm vi giới hạn rất rộng, biên độ không vượt quá
200-300KA. Phần lớn trường hợp sét đánh ở trị số 50KA, sét có trị số từ 100KA
trở lên rất hiếm xảy ra. Do đó trong tính toán thường lấy dòng điện sét bằng 50 –
100KA
Ngoài ra, khi tính toán chống sét người ta còn có các thông số khác như:
- Độ dốc dòng điện sét: a= dis /dt [3.20]
- Thời gian đầu sóng đs: thời gian để cho dòng điện sét đạt đến trị số cực
- Thời gian để dòng điện sét phát triển cho tới khi dòng điện sét gỉam tới
Imax/2.
- Cường độ hoạt động của sét: số lần sét đánh/năm hay qua nhiều năm.
3.7.2. Tác hại của dòng điện sét.
Đối với người và súc vật, sét nguy hiểm trước hết như nguồn điện áp cao
và dòng lớn. Như chúng ta đã biết chỉ cần dòng điện rất bé chỉ vài chục
miliampe đi qua cũng có thể gây nên chết người. Vì thế rất dễ hiểu tại sao khi bị
sét đánh trực tiếp người thường bị chết.
Nhiều khi sét đánh không trực tiếp cũng gây nguy hiểm, lý do là khi dòng
điện sét đi qua vật nối đất nó gây chênh lệch điện thế khá lớn tại một vùng đất gần nhau. Do vậy khi người và súc vật trú mưa dưới các cây cao, ngoài đồng trống, nếu cây bị sét đánh, điện áp bước có thể gây nguy hiểm cho người và súc
vật và có trường hợp sét đánh chết rất nhiều súc vật.
Sét còn phá hủy về mặt cơ học. Như tháp cao, cây cối bị nổ tung vì khi
dòng sét đi qua nung nóng phần lõi, hơi nước bốc ra quá nhanh và phá vở thân
cây.
Như vậy sét đánh có thể gây nguy hiểm trực tiếp hay gián tiếp nên chúng ta cần phải nghiên cứu cách bảo vệ trực tiếp và gián tiếp đối với sét.
3.8. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thường dùng các hệ thống chống sét:
- Cột thu sét (kim thu lôi) - Dây thu sét
- Các đầu thu bằng đồng vị phóng xạ.
Hệ thống thu sét gồm: bộ phận thu sét (kim, dây thu sét), bộ phận nối đất
và các dây dẫn liên hệ các bộ phận trên với nhau gọi là dây nối đất.
Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh
5,5
p h
các phóng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới và xung quanh hệ thống thu sét.
Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để tập trung điện tích cảm ứng ở phía mặt đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua, điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ để gây nên phóng
điện ngược từ nó đến các công trình đặcgần.
Ngừơi ta có thể tính toán xác định vùng bảo vệ của cột thu lôi. Khoảng không gian gần cột thu lôi mà vật được bảo vệ đặt trong đó rất ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng hay phạm vi bảo vệ của cột thu lôi.
3.8.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét.
a. Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét:
Gọi: h –độ cao cột thu sét
hx–độ cao của vật cần bảo vệ
(h –hx) –Độ cao hiệu dụng
Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài của chóp tròn
xoay có bán kính rx. - Nếu h < 30m:
Khi hx < 2/3h thì: rx = 1,5h (1-hx/0,8h) Khi hx > 2/3h thì: rx = 0,75h (1-hx/h)
- Nếu 30 < h <100m: có thể dùng các công thức trên và nhân thêm hệ số
điều chỉnh:
b. Phạm vi bảo vệ của 2 và nhiều cột thu sét:
- Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng
phạm vi bảovệ của 2 cột đơn.
Trong đó
a: Khoảng cách của 2 cột thu sét
rx: được tính theo các công thức trên.
- Khi công trình cần được bảo vệ có diện tích lớn, nếu chỉ dùng vài cột thì các cột rất cao gây nhiều khó khăn khi thi công, lắp ráp. Trong trường hợp này người ta dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần ngoài phạm bảo vệ được xác định theo từng đôi cột (với yêu cầu a < 7h). Không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra điều kiện bảo vệ
an toàn.
- Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều
kiện: D < 8(h –hx) = 8 ha
Với: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp của đa giác hình thành bởi các cột thu
sét.
- Khi các cột thu sét bố trí bất kỳ, cần phải kiểm tra điều kiện an toàn bảo
vệ cho từng cặp 3 cột đặt gần nhau.
- Nếu độ cao cột vượt quá 30 m, thì các điều kiện bảo vệ an toàn được
nhân thêm hệ số hiệu chỉnh.
3.8.2. Phạm vi của dây thu sét.
- Dây chống sét thường dùng để bảo vệ đường dây tải điện trên không. Để bảo
vệ người ta treo dây thu sét trên toàn bộ tuyến đường dây. Có thể treo một hay 2 dây chống sét sao cho dây dẫn điện của 3 pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ.
- Chiều rộng của phạm vi bảo vệ được tính:
Khi hx < 2/3h thì: bx = 1,2h (1-hx/0,8h) Khi hx > 2/3h thì: bx = 0,6h (1-hx/h)
h0- phần giới hạn bởi 2 điểm treo dây và điểm giữa: h0= h – s/4
Với S: khoảng cách giữa 2 điểm treo dây
- Trên thực tế vì độ treo trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/3 độ treo cao
của dây thu sét, nên không cần tính toán phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc
bảo vệ là góc giữa đường thẳng đứng với đường thẳng nối liền dây thu sét với
3.8.3. Các biện pháp chống sét hiện nay.
a. Chống sét trực tiếp theo phương pháp cổ điển.
Năm 1753 Benjamin Franklin là người đầu tiên trên thế giới phát minh ra
hệ thống chống sét. Hệ thống chống sét này rất đơn giản: dùng những thanh kim
loạilàm kim thu sét, kim thu sét này được đặt trên đỉnh các cột đỡ bằng gỗ, kim
loại hay bê tông, đặt nhô cao lên khỏi công trình. Dùng dây dẫn bằng kim loại nối các kim thu sét này với nhau và nối xuống hệ thống tiếp địa cũng làm bằng kim loại chôn trong đất.
Hình 3.19. Chống sét trực tiếp
Khi có dòng sét xảy ra, kim thu sét và dây dẫn truyền dòng điện sét xuống hệ thống tiếp địa. Dòng điện sét sẽ được giải toả tiêu tán vào trong đất. Đảm bảo
an toàn cho công trình. Hàng trăm năm nay đã và đang áp dụng phương pháp
chống sét này.
Các bộ phận cơ bản của 1 hệ thống chống sét bao gồm:
- Bộ phận kim thu sét (kim thu sét)
- Bộ phận dây xuống
- Các loại mối nối
- Điểm kiểm tra, đo đạc
- Bộ phận dây dẫn nối đất
- Bộ phận cực nối đất (các cọc tiếp địa)
Chống séttheo phương pháp Franklin (thường được gọi là phương pháp
Nhược điểm là phạm vi bảo vệ hẹp, độ tin cậy không cao, sẽ phải tính toán sử dụng rất nhiều kim, khối lượng dây dẫn liên kết các kim dẫn xuống đất nhiều ảnh hưởng đến mỹ quan và kiến trúc công trình, các loại kim này thường